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大平 直也*; 樹神 克明; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; Parker, J. D.*; 篠原 武尚
Nuclear Materials and Energy (Internet), 45, p.102005_1 - 102005_7, 2025/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)Lead-bismuth eutectic has emerged as a promising candidate for liquid metal coolant for Gen-IV nuclear reactors. Lead-bismuth eutectic is a unique material that expands gradually within the solid state. It may induce pipe deformation or rupture if it solidifies in a pipe or a container. In this study, the strain distributions of lead-bismuth eutectic in stainless-steel cups were evaluated using wavelength-resolved neutron imaging method. The wettability-improved case exhibited significantly larger compressive strain than in the others. The adhesion between lead-bismuth eutectic and the inner surface of the cup was a critical issue in the present study.
伊藤 啓*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*
日本機械学会2025年度年次大会講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2025/09
巻き込まれた気泡によってポンプ等の流体機械の性能低下が引き起こされる可能性があることから、バスタブ渦によって巻き込まれるガスの流量(ガス巻込み流量)の推定が重要となる。本研究では、著者らが提案した旋回環状流モデルに基づくガス巻込み流量の評価モデルの適用性を確認するために、数値解析によって得られた渦の自由表面凹部(ガスコア)周辺の液相流速分布に本評価モデルを適用し、ガス巻込み流量を評価した。その結果、適切な評価領域を設定することで、ガス巻込み流量を評価できる見通しを得た。
齊藤 泰司*; 伊藤 大介*; 大平 直也*; 栗田 圭輔; 飯倉 寛
Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012028_1 - 012028_6, 2023/10
中性子イメージングで流速分布を観察するためには、適切なトレーサーが必要である。その要件は、密度,視認性,濡れ性(液体金属に適用する場合)である。金カドミウムトレーサーは、Pb-Bi二相流に適用するために開発されたが、粒子径や測定システムによっては、可視性が検証されていない。トレーサー粒子の候補として、Ag, Cd, Au-Cd, Ag-Cdを組成と粒径を変えてテストした。その結果、1mm以上の粒子径であれば、十分な視認性が得られることがわかった。また、Cdトレーサー粒子を流動層に適用し、流動層材料として直径1mmのステンレス鋼製の金属粒子を用いた。Cdトレーサーの直径は約1.5mmである。中性子イメージングにより、トレーサーの視認性は流動層内の速度分布を測定するのに十分であることが確認された。
栗田 圭輔; 飯倉 寛; 土川 雄介; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 松林 政仁
Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012005_1 - 012005_6, 2023/10
2021年2月26日にJapan Research Ractor-3(JRR-3)の運転が再開され、2021年7月には利用運転が再開された。JRR-3の運転再開に伴い、TNRFとCNRFと呼ばれる2つのイメージング施設も利用を再開している。本発表では、これら2つの中性子施設の詳細について報告する。
伊藤 大介*; 大平 直也*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 栗田 圭輔; 飯倉 寛
Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012024_1 - 012024_6, 2023/10
多くの熱交換器において発現する気液二相流という現象を理解するためには、二相流のダイナミクスを明らかにする必要がある。本研究では、高速中性子イメージングを二相流ダイナミクスの計測に適用し、ボイド率計測の精度を検討した。
Song, K.*; 伊藤 啓*; 伊藤 大介*; 大平 直也*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁
Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 10 Pages, 2023/05
自由表面渦によるガス巻込み現象はナトリウム冷却高速炉の炉出力を擾乱させる原因となり得る。そのため、ナトリウム冷却高速炉の実用的な安全設計のために、ガス巻込み現象によるガス巻込み流量を正確に評価する必要がある。本研究では、ガス巻込み現象の正確な評価のためのCFD解析の適用性について検討することを目的に、吸い込み管を有する円筒容器における自由表面渦およびそれに伴うガス巻込み現象のシミュレーションにCFD解析を適用し、CFD解析結果とガス巻込み現象の実験データとを比較した。その結果、CFD解析結果と実験結果とで吸い込み管内部の二相流形態がよく一致し、かつ自由液面における渦のガスコアの形状もよく一致した。よって、CFD解析によって、自由表面渦によって引き起こされるガス巻込み現象を許容誤差の範囲内で適切かつ正確に予測できることが確認された。
山本 誠士郎*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司
混相流, 37(1), p.79 - 85, 2023/03
In the safety study on a sodium-cooled fast reactor, it is assumed that the high temperature fuel debris are formed because of a core disruptive accident. During the cooling of the fuel debris, gas-liquid two-phase flow can be generated in the debris due to the coolant boiling. To improve the prediction accuracy of the flow characteristics, detailed measurement of the gas-liquid two-phase flow in the debris bed is required. In this study, gas-liquid two-phase flow in a quasi-two-dimensional sphere-packed bed, which simulates the debris bed, is visualized by using X-ray imaging. The experimental results show that the local void fraction increases near the splitting section in the packed bed and decreases near the coalescence section.
伊藤 大介*; 大平 直也*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 栗田 圭輔; 飯倉 寛
混相流, 37(1), p.73 - 78, 2023/03
気液二相流は、気相と液相の相互作用が関与する非常に複雑な流れ現象である。最近、二相流の正確なシミュレーション技術が開発された。ただし、実験データが少ないため、シミュレーション結果の検証は不十分である。時空間変動が大きい界面挙動を測定することは特に困難である。このような現象を理解するには、空間的・時間的分解能の高い計測手法が必要である。中性子イメージングは、二相流の視覚化のための強力なツールである。この研究では、狭い長方形の流路内の二相流を高速中性子イメージングによって可視化した。
伊藤 大介*; 佐藤 博隆*; 大平 直也*; 齊藤 泰司*; Parker, J. D.*; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 及川 健一
Journal of Nuclear Materials, 569, p.153921_1 - 153921_6, 2022/10
被引用回数：7 パーセンタイル：63.77(Materials Science, Multidisciplinary)To develop a lead-bismuth eutectic (LBE) cooled nuclear reactor, phase transition phenomena of LBE are very important. In the solidification of LBE, the crystalline structure is varied with the cooling process. The volumetric expansion of LBE must be clarified for the safety of an LBE cooled nuclear reactor. The time dependence of the volumetric expansion depends on the crystalline microstructure. In this study, the crystalline microstructure of the LBE samples solidified with the different cooling processes was investigated by the neutron Bragg edge imaging technique. Spatially integrated and local microstructure characteristics of LBE samples were analyzed. Characteristics of preferred orientation of LBE microstructure were clarified.
山本 誠士郎*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司
Proceedings of 12th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS12) (Internet), 4 Pages, 2022/10
To develop a microscopic pressure drop prediction model based on detailed measurement data of gas liquid two-phase flow, the pressure drop was measured in the vertical upward gas-liquid two-phase flow formed in quasi-2D test section. The measurement results showed that the pressure drop in the quasi-2D test section was much smaller than that in the ordinal packed bed system, which suggests that the pressure drop mechanism in the quasi-2D test section could be different from that in the ordinal packed bed system due to differences in two-phase flow characteristics in the two systems. The void fraction distribution was also measured in the quasi-2D test section by the X-ray imaging technique, which revealed that there was a local distribution of the void fraction in the channel unit structure of the closest packed bed.
鳥川 智旦*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁
混相流, 36(1), p.63 - 69, 2022/03
ナトリウム冷却高速炉(SFR)において、炉容器上部プレナム内の自由界面で、自由表面渦によるカバーガス巻込みが発生し、巻き込まれたガスが炉心を通過することで炉出力の擾乱を生じる可能性がある。そのため、巻き込みガスの流量を正確に予測するための評価モデルの開発が重要となる。既往研究における単一渦のガス巻込み試験では、一般的に、ガス巻込みは上部タンクの自由表面渦によって引き起こされ、吸込み管によって下部タンクにおいてガスが液体から分離される。しかし、これらの研究では、上部タンクと下部タンクとの間の圧力差の影響に着目していない。本研究では、上下部タンク間の圧力差の影響に着目した単一渦のガス巻込み試験を行った。上部タンクと下部タンクとの圧力差は、下部タンクのガス圧力を変更して制御した。その結果、上部タンクと下部タンクの圧力差が増加するにつれ、巻込みガス流量も増加することが分かった。また、吸込み管内の旋回環状流の可視化により、巻込みガス流量が増加すると吸込み管内の圧力降下が大きくなることが分かり、旋回環状流領域における圧力降下に基づいた評価モデルによってガス巻込み流量を予測できることが示唆される。
栗田 圭輔; 齊藤 泰司*; 伊藤 大介*; 大平 直也*; 飯倉 寛
no journal, ,
液体金属プール内の気泡または水滴の上昇速度を推定する実験を行った。溶融合金中で蒸発する二相気泡の動的挙動を500fpsの高フレームレート中性子イメージングにより明瞭に観察することができた。高フレームレート(500fps)の中性子イメージングを使用して明確に観察された。抵抗係数の測定は、単一の窒素ガス気泡と、液体金属中で蒸発する二相気泡を含む水滴に対して行われた。その結果から、溶融ニュートン合金中の単一気泡・液滴の上昇速度の関係を、気泡・液滴の形状を考慮しながら詳細に明らかにした。
伊藤 啓*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁
no journal, ,
ナトリウム冷却高速炉における自由表面渦によるガス巻込み現象について、発生条件を予測する研究が多く行われている。その一方で、自由表面渦によって巻き込まれるガスの流量(巻込みガス流量)の評価に関する研究は数が限られている。著者らは、巻込みガス流量の評価手法を確立するために、過去に簡単な試験や数値解析を実施し、それらの結果から旋回環状流モデルに基づく巻込みガス流量の評価モデルの候補を提案した。本研究では、この評価モデルの実機への適用性を確認するために、数値解析によって得られた渦の自由表面凹部(ガスコア)周辺の液相流速分布に本評価モデルを適用し、巻込みガス流量を評価した。その結果、巻込みガス流量の評価値は試験における測定値より小さくなることが確認された。これは旋回環状流モデルに採用されている界面摩擦係数が吸込み管内の流れに対して最適化されたものであり、ガスコア周辺の流れの評価には適していないことを示している。そこで、実機における巻込みガス流量の現実的な評価に適した値を見出すために、界面摩擦係数についてのパラメータサーベイを実施した。
大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一
no journal, ,
Two-phase flow in a sphere-packed bed has been extensively studied to simulate the cooling process of residual core fuel and fuel debris produced by a severe accident in a nuclear reactor. Recently, pore-network models were developed to consider local porosity structures in a packed bed. However, experimental data for further development of these models such as the three-dimensional void fraction distribution is insufficient. X-ray tomography is a powerful visualization tool that can be used to evaluate porosity and void fraction distributions. In this study, two-phase flow in a sphere-packed bed was investigated using X-ray tomography. The porosity and void fraction distributions were evaluated, and some characteristics of the two-phase flow in the near-wall region and the center of the packed bed was discussed.
齊藤 泰司*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 今泉 悠也; 松場 賢一
no journal, ,
To improve the prediction accuracy of pressure loss in gas-liquid two-phase flow within packed beds, it is essential to accurately evaluate the interfacial drag term in the pressure loss correlation. In this study, experiments were conducted under conditions where the superficial liquid velocity was set to zero in order to measure the interfacial drag term. The term was evaluated from the equation of motion for the gas phase, and the obtained interfacial drag was compared with existing models. An error analysis was then carried out regarding the pressure loss prediction.
伊藤 大介*; 大平 直也*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司
no journal, ,
模擬デブリ内における再冠水挙動の計測の可能性について明らかにするため、中性子イメージングを適用した際の課題と、得られる結果について検討を行った。
大平 直也*; 山本 誠士郎*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司
no journal, ,
球充填層内の複雑流路を流れる気液二相流の局所的な挙動を明らかにするため、中性子によるボイド率分布の計測を行った。その結果、流路が細い先端部には気相がほとんど存在せず、流路中央部に気相が集中して分布することが明らかになった。
伊藤 啓*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁
no journal, ,
ナトリウム冷却高速炉において、炉容器内の自由界面渦によって巻き込まれたガスが気泡として炉心部に流入すると出力擾乱の原因となり得ることから、高速炉設計においてガス巻込み流量を評価する手法が必要となる。本研究では、発表者らが提案した旋回環状流モデルに基づくガス巻込み流量の評価モデルを、詳細な数値解析によって得られた渦のガスコア周辺の液相流速分布に適用し、ガス巻込み流量を評価した。その結果、適切な評価領域を設定することで、実験結果に近いガス巻込み流量を得られることを確認した。
八杉 憲彰*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司
no journal, ,
多孔質中の気液二相流の特性を詳細に把握するため、二次元的な球充填層試験部を用いて種々の計測を行い、球充填層内気液二相流の局所流動の計測を行った。
齊藤 泰司*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 栗田 圭輔
no journal, ,
中性子イメージングにより、ステンレスビーズを用いた長方形の噴流層内の流動構造を可視化した。ステンレスビーズの直径は1mmで、トレーサーとしてカドミウム粒子をベッドに投入した。中性子透過画像は、日本原子力研究開発機構の研究炉JRR3の熱中性子ラジオグラフィー施設の高速撮像装置で得た。カドミウム粒子の速度プロファイルを測定するため、フレームレートは250fpsであった。その結果、中性子イメージングにより、床材の分布やカドミウム粒子の流動挙動を明確に可視化することができた。また、ガス流量による流動構造の変化について考察する。
